Микроконтроллер а812 01 руководство

Группа компонентов

MCS-51

Основные параметры

Общее описание

ADUC812 — полностью интегрированная 12 битная система сбора данных, содержащая в одном кристалле высококачественный многоканальный АЦП с самокалибровкой, двойной ЦАП и программируемый 8 битный µС (совместимый с 8051 системой команд).

Работа программируемого 8051 совместимого ядра обеспечивается за счет встроенных 8КБ Flash/EEPROM памяти программы, 640 байтной Flash/EEPROM памяти данных и 256 байтного ОЗУ.

Кроме того, µС содержит сторожевой таймер, схему слежения за напряжением питания и DMA контроллер для передачи данных от АЦП. Тридцать две программируемых линии ввода-вывода, I²C, SPI и UART — совместимые последовательные порты ввода- вывода позволяют реализовывать интерфейсы с µР и различными приборами.

Нормальный режим, режим останова и режим отключения как ядра µС, так и аналогового интерфейса позволяют снизить потребление прибора и использовать его в устройствах с автономным питанием. Прибор может работать от 3 В и 5 В источника питания, имеет индустриальный рабочий температурный диапазон и выпускается в 52 выводных пластиковых QFP корпусах и в виде 52 выводных бескорпусных приборов.

Datasheet

ADuC812 (1.2 Мб), 04.04.2008

Производитель

Где купить

Дистрибуторы

Дилеры

Где купить ещё

ЛИСТ
ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ

ОГЛАВЛЕНИЕ

РЕФЕРАТ

Карсаков
А.А. Программирование лабораторного
стенда SDK1.1.

Руководитель
проекта – доцент Захаров М.В.

Курсовой
проект. Пояснительная записка объемом
31 с. содержит 4 таблицы, 25 рисунков,
список источников, состоящий из 2
наименований.

Ключевые
слова: микроконтроллер, программирование,
регистр, переменная, условие, цикл.

Цель
работы – написание программы для
лабораторного стенда SDK
1.1.

Основываясь
на знаниях, полученных при выполнении
лабораторных работ, составлен текст
программы для стенда SDK
1.1 в соответствии с заданием. Приложены
все необходимые пояснения к данной
программе, а так же приведены порядок
написания программы в среде Keil
μVision2
и непосредственно запись программы в
микроконтроллер при помощи программы
T167B.

Дата

Подпись

ВВЕДЕНИЕ

В
настоящее время в связи с бурным и
повсеместным развитием микропроцессорной
техники все чаще применяются новые
микроэлектронные устройства.

Малые
размеры, относительная простота работы
и программирования, высокое быстродействие,
надежность работы – все эти свойства
делают микропроцессорную технику –
наиболее перспективной основой для
автоматизации.

В
данной работе будет рассмотрена работа
с лабораторным стендом SDK1.1,
построенным на базе микроконтроллера
AduC812.
Лабораторный комплекс предназначен
для освоения студентами архитектуры и
методов проектирования: систем на базе
микропроцессоров и однокристальных
микро-ЭВМ, встраиваемых контроллеров
и систем сбора данных, периферийных
блоков вычислительных систем. Подготовка
программ для микроконтроллера AduC812
осуществляется на языке программирования
СИ на ПК в обычном текстовом редакторе
(или средах программирования,
предназначенных для разработки программ
под ядро MCS-51), далее программа компилируется
в исполняемый модуль, доставляемый в
стенд с помощью разработанного
программного обеспечения.

Все
это позволяет сказать, что данный
микроконтроллер возможно запрограммировать
в любом месте где есть компьютер с
СОМ-портом и необходимым программным
обеспечением.

1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1
Архитектура учебного лабораторного
комплекса SDK-1.1

Учебный
лабораторный комплекс SDK-1.1 представляет
собой микропроцессорный стенд SDK-1.1,
подключенный к персональному компьютеру
через интерфейс RS232C (COM-порт компьютера),
и установленное на ПК инструментальное
программное обеспечение. Микропроцессорный
стенд SDK-1.1 построен на базе микроконтроллера
AduC812 (вычислительное ядро MCS-51) и имеет
в своем составе разнообразные устройства,
предназначенные для ввода, обработки
и вывода информации в цифровом и
аналоговом виде. Общий вид стенда SDK-1.1
представлен на рисунке 1.

Рисунок
1 – Общий вид стенда SDK-1.1

В
состав учебного стенда SDK-1.1 входят
следующие компоненты:

—
микроконтроллер ADuC812BS;

—
программируемая логическая интегральная
схема (ПЛИС) MAX3064;

—
внешнее электрически стираемое
программируемое ПЗУ (EEPROM)
объемом 256 байт;

—
внешняя статическая оперативная память
(SRAM) объемом 128 Kбайт;

—
клавиатура
AK1604A-WWB фирмы
ACCORD;

—
жидкокристаллический
индикатор
(ЖКИ)
WH1602B-YGK-CP фирмы
Winstar Display;

—
часы реального времени PCF8583;

—
набор сигнальных светодиодов;

—
пьезокерамический акустический
излучатель;

—
набор DIP-переключателей.

На
рисунке 2 представлена структура
аппаратной части учебного стенда
SDK-1.1.

Рисунок
2 – Структура аппаратной части учебного
стенда SDK-1.1

Стенд
SDK-1.1
может работать без подключения к
компьютеру.

На
рисунке 3 показан процесс разработки
программы для стенда SDK-1.1.

Рисунок
3 – Процесс разработки программ для
SDK-1.1

Программы
для стенда располагаются в ОЗУ объемом
128 Кбайт. Из этих 128 Кбайт как память
программ (особенности MCS-51)
могут использоваться лишь 56 Кбайт (в
стенде первые 8 Кбайт памяти программ
заняты ПЗУ, в котором располагается
системное программное обеспечение,
отсюда 64 Кбайт – 8 Кбайт = 56 Кбайт). Однако,
как показывает практика, программы
такого размера для стенда подготавливать
не требуется. SDK-1.1 позволяет на практике
ознакомиться с управлением периферийными
устройствами, взаимодействующими с
вычислителем посредством различных
интерфейсов, освоить некоторые
специфические аспекты программирования
встраиваемых вычислительных систем,
эффективного управления ресурсами. В
стенде предусмотрена возможность
симулировать некоторые внешние сигналы
без использования дополнительного
оборудования: сигналы внешних прерываний,
счетные импульсы таймеров, аналоговые
сигналы на входах АЦП. Интересно отметить
возможность программного инициирования
прерываний, не предусмотренную в MCS-51,
однако реализованную в стенде через
механизм программного управления
состоянием входа внешнего прерывания
INT0 AduC812. ПЗУ с резидентным программным
обеспечением реализовано на кристалле
ОКЭВМ AduC812 по технологии FLASH/EE и может
быть перепрограммировано через интерфейс
RS-232C с обычного ПК. Новые версии
резидентного ПО могут доставляться в
стенд без использования специальных
программаторов, а тем более новых
микросхем ПЗУ – достаточно иметь лишь
образ доставляемой программы в виде
файла и специальную утилиту на ПК.

Некоторые
устройства стенда подключены к вычислителю
через периферийный расширитель,
реализованный на базе ПЛИС небольшой
емкости, перепрограммируемой через
имеемый в SDK-1.1 JTAG-порт, что дает возможность
при желании изменять механизмы работы
с этими устройствами.

Иногда
при программировании SDK-1.1 возникает
необходимость сохранять программу и
после выключения питания. Так как стенд
создавался для массового использования
студентами, такая возможность в базовой
его конфигурации имеется лишь за счет
замены содержимого FLASH-памяти вычислителя.
Однако ее размер составляет всего
8Кбайт, что не всегда достаточно для
более серьезных программ, таких как
курсовые и дипломные проекты, бакалаврские
и другие исследовательские работы. К
тому же, во FLASH-память AduC812 может быть
записан только один образ, то есть либо
одна программа, либо несколько программ,
но скомпонованных в один файл. Это
затрудняет обновление отдельной
программы в наборе, так как, во-первых,
для этого необходимо заново компоновать
все программы из набора, во-вторых,
невозможно перезаписать часть FLASH-памяти
AduC812 без стирания всего ее содержимого.

На
рисунке 4 представлено схематическое
изображение стенда SDK-1.1, а расшифровка
обозначений на схеме дана в таблице 1
[1].

Рисунок
4 – Схематическое изображение стенда
SDK-1.1

Таблица
1 – Расшифровка обозначений на лицевой
панели стенда SDK-1.1

AduC812
выпускается фирмой Analog
Devices
– мировым лидером в области аналоговой
схемотехники. AduC812
является микроконвертором и содержит
в себе 12-битный АЦП со встроенным
микропроцессором. Процессорное ядро
AduC812
является клоном ядра Intel MCS-51.

Основные
характеристики микроконтроллера:

—
рабочая частота 11,0592 МГц;

—
8-канальный 12-битный АЦП со скоростью
выборок 200 Kбит/c;

—
2-канальный 12-битный ЦАП;

—
электрически стираемое программируемое
ПЗУ (EEPROM)
объемом 640 байт со страничной организацией
(256 страниц по 4 байта);

—
Flash-память
программ объемом 8 Кбайт;

—
ОЗУ данных объемом 256 байт;

—
адресное пространство 16 Мбайт;

—
режим управления питанием;

—
контроллер системной шины;

—
универсальный асинхронный приемник-передатчик
(UART);

—
интерфейс I2C;

—
три 16-битных таймера/счетчика;

—
сторожевой таймер (WatchDog);

—
параллельные порты;

—
внутренний температурный датчик.

На
рисунке 5 представлено условно-графическое
обозначение микроконтроллера AduC812
[1].

Рисунок
5 – Микроконтроллер AduC812

В
SDK-1.1
используется программируемая логическая
интегральная схема (ПЛИС) MAX3064
фирмы Altera.
В очень упрощенном виде ПЛИС представляет
собой набор макроячеек и механизм для
организации связи между ними. Микросхема
MAX3064
содержит 64 макроячейки. Информация о
связях между макроячейками хранится в
энергонезависимой памяти находящейся
внутри самой микросхемы. Для программирования
MAX3064
использовался специальный САПР
Max+PlusII.
Электрическая принципиальная схема
расширителя портов ввода-вывода была
нарисована в этом САПР и преобразована
в базис макроячеек ПЛИС и, далее, в
конфигурационный файл, необходимый для
соединения нужных логических ячеек
ПЛИС. Конфигурационный файл доставляется
в память ПЛИС через интерфейс JTAG.
Условно-графическое обозначение ПЛИС
приведено на рисунке 6.

Рисунок
6 – ПЛИС MAX3064

В
стенде SDK-1.1
MAX3064A
используется как расширитель портов
ввода-вывода. Микросхема MAX3064A
подключена к внешней шине AduC812.
Адресная линия A19
используется как сигнал CS
(chip
select)
для MAX3064A.
ПЛИС выбирается, когда на линии A19
логическая единица. Физический адрес
ПЛИС таким образом равен 0x80000, что
соответствует восьмой странице памяти.

К
ПЛИС подключены следующие устройства:
клавиатура, ЖКИ, линейка светодиодов,
звуковой излучатель, 16 дискретных портов
ввода-вывода. Для программиста расширитель
портов представлен в виде нескольких
однобайтовых регистров находящихся в
начале восьмой страницы памяти данных.

Рассмотрим
регистры ПЛИС, представленные в таблице
2.

Таблица
2
– Перечень регистров ПЛИС

Обозначение
R/W
означает, что регистр доступен для
чтения и для записи, обозначение W
означает, что регистр доступен только
для записи [1].

Ниже
приведена информация о регистре ENA,
так как в данной работе необходимо
работать с данным регистром.

Схематическое
изображение регистра управления ENA
представлено на рисунке 7.

Рисунок
7 – Регистр управления ENA

Адрес
регистра ENA
в памяти равен 080004H. Значение регистра
после сброса равно x0100000B. Назначение
битов регистра ENA
указано в таблице 3 [1].

Таблица
3 – Назначение битов регистра ENA

2
ПРОГРАММИРОВАНИЕ СТЕНДА SDK-1.1

2.1
Демонстрационный режим

Существует
два режима работы SDK-1.1: обычный (запуск
загрузчика HEX202 для загрузки пользовательских
программ) и демонстрационный (выбор и
запуск демонстрационных программ).

Режим
работы определяется при старте системы
положением переключателя EP7, изображенного
на рисунке 8.

Рисунок
8 – Переключатель EP7

Если
переключатель включен (положение ON), то
система стартует в демонстрационном
режиме, если выключен (положение OFF),
система стартует в обычном режиме. При
старте в обычном режиме управление
сразу передается программе-загрузчику
HEX202.

При
старте стенда в демонстрационном режиме
производится тестирование памяти и
периферийного оборудования стенда. В
случае неработоспособности какого-либо
из тестируемых блоков, на дисплей
выводится соответствующее сообщение.
В случае неудачного теста памяти
дальнейшая работа стенда становится
невозможной. После начального тестирования
на дисплее на короткое время появляется
подсказка по назначению клавиш клавиатуры,
представленная на рисунке 9. Далее
появляется меню, предлагающее пользователю
выбрать одну из демонстрационных
программ. Выбор пунктов осуществляется
с помощью клавиатуры стенда.

Рисунок
9 – Функциональное назначение клавиш

Меню
в программном комплексе организовано
следующим образом: первая строка
двухстрочного дисплея SDK-1.1 содержит
название меню, вторая строка используется
для отображения пунктов меню. Нажатие
клавиш «вверх» или «вниз» приводит к
отображению соответственно предыдущего
или последующего пункта. Клавишами
«влево» или «вправо» можно перейти
соответственно в начало или в конец
меню. Выбор можно подтвердить клавишей
«Enter» («Ввод») или отменить (выйти в меню
верхнего уровня) клавишей «Cancel»
(«Отмена»). Каждое нажатие клавиши
сопровождается звуковым сигналом. При
длительном удержании клавиши включается
режим автоповтора нажатия клавиши.

Программа-загрузчик
HEX202 обеспечивает доставку в ОЗУ стенда
SDK-1.1 пользовательских программ в формате
Intel HEX. Доставка осуществляется с ПК по
последовательному каналу RS232 с помощью
инструментальных систем, поставляемых
в комплекте со стендом. Процесс написания,
компиляции и доставки программ для
стенда SDK-1.1, а также протокол загрузки
HEX-модулей детально описан в следующем
разделе. При выборе из главного меню
комплекса программы-загрузчика возврат
из нее возможен только при перезапуске
системы [1].

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Назначение

Стенд предназначен для проведения лабораторно-практических работ для студентов высших, средних и профессионально-технических учебных заведений с целью получения знаний, опыта и навыков работы с микроконтроллером и разносторонней периферией. Во время выполнения лабораторно-практических работ студенты изучают микроконтроллеры компании Analog Devices, знакомятся с их функционалом и возможностями. Используя периферийные устройства ввода-вывода, встроенные в модуль, изучается взаимодействие микроконтроллера с данной периферией, используя различные интерфейсы и протоколы взаимодействия. Лабораторные работы могут быть проведены по следующим дисциплинам: «Микропроцессорные системы», «Встраиваемые системы», «Архитектура ЭВМ». При выполнении лабораторных работ студенты пишут программы для микроконтроллера, чем повышают свои знания в программировании на языках C, С++ и Assembler.

Состав стенда

Базовая комплектация:

1. Модуль «Микроконтроллер ADuC812 и устройства ввода-вывода» (1 шт.)
2. Соединительные, приборные провода (30 шт.)
3. Кабель USB 2.0 AM/BM (1 шт.)
4. Комплект учебно-методических пособий (2 шт.)
5. Программное обеспечение (1 компакт-диск).

Функциональность стенда и его структура

Стенд выполнен в виде компактного модуля, включающий в себя микроконтроллер и основной набор периферийных устройств, а также встроенный программатор-отладчик для данного микроконтроллера. Это позволяет довольно подробно изучить микроконтроллеры, но в тоже время компактно разместить оборудование на рабочем месте. Лицевая панель располагается под углом, что улучшает зрительное восприятие собранного устройства на базе стенда.
Специально для стенда разработан комплект учебно-методических пособий, которые помогут изучить микроконтроллеры и их работу с периферийными устройствами, как в теории, так и на практике, а также помогут с легкостью разобраться в работе стенда. Комплект учебно-методических пособий состоит из трёх руководств: теоретическое, управление стендом и лабораторный практикум. В теоретическом руководстве даётся описание основных моментов программирования микроконтроллера, рассматриваются различные интерфейсы и протоколы, а также принципы работы периферийных устройств. Руководство по управлению описывает принципы работы с каждым узлом стенда и как применить полученные знания в теории на реальном оборудовании. В конечном итоге в рамках лабораторного практикума закрепляются знания, полученные от теоретического материала, – студенты пишут программы для микроконтроллера ADuC812 и организовывают его работу с различной периферией.

Модуль «Микроконтроллер ADuC812 и устройства ввода-вывода»

Модуль позволяет изучить микроконтроллер ADuC812 в связке с периферийными устройствами, изучить различные интерфейсы, такие как  SPI, I2C, UART. На базе данного модуля можно получить законченное устройство и использовать его при написании курсовых работ. Модуль представлен следующими функциональными частями:

• Микроконтроллер ADuC812 (1 шт.)
• Программатор/отладчик (1 шт.)
• Жидкокристаллический цифробуквенный дисплей (1 шт.)
• Семисегментный дисплей (1 шт.)
• Светодиод для индикации логических уровней (8 шт.)
• Фильтр низких частот (2 шт.)
• Потенциометр (1 шт.)
• Генераторы логических уровней (10 шт.)
• Генератор меандра 50 Гц. (1 шт.)

Клеммы модуля могут быть соединены между собой в произвольном порядке, неверная коммутация не приведет к выходу из строя модуля. Модуль соединяется с ПК при помощи виртуального COM-порта, порт которого располагается на задней панели. Для сброса целевого микроконтроллера на лицевой панели расположена кнопка «Сброс». В модуле предусмотрена кнопка PSEN, предназначенная для входа в режим программирования микроконтроллера.
Данный стенд может поставляться и использоваться совместно с другими стендами нашей компании.

Перечень лабораторных работ

1. Знакомство со стендом и микроконтроллером. Изучение базовых команд микроконтроллера.
2. Изучение способов управления портами ввода-вывода. Управление семисегментным индикатором.
3. Генератор логических уровней. Способы опроса, подавление дребезга контактов. Написание программы, считывающей нажатую клавишу и отображающей код клавиши на семисегментном дисплее.
4. Написание программы счетчика с выводом на семисегментный индикатор.
5. ЖКИ-дисплей. Инициализация, работа в различных режимах. Написание программы вывода на дисплей пользовательской информации.
6. ЖКИ-дисплей. Задание пользовательских символов. Написание программы рисования графических изображений на индикаторе при помощи определенных пользователем символов.
7. Цифро-аналоговое преобразование. Режимы ШИМ, ШИМ с обратной связью по АЦП. Использование фильтров нижних частот в режиме ШИМ. Написание программы генерации синусоидального сигнала.

Характеристики

Количество рабочих мест: 1

Микропроцессорный стенд SDK-1.1 построен на базе однокристальной микро-ЭВМ фирмы Analog Device типа ADuC812 (вычислительное ядро MCS-51). ADuC812 — интегральная 12-разрядная система сбора информации, включающая в себя прецизионный многоканальный АЦП с самокалибровкой, два 12-разрядных ЦАП и программируемое 8-битное микропроцессорное ядро (совместимое с 8051, MCU). MCU поддерживается внутренними 8К FLASH ЭРПЗУ программ, 640 байт ЭРПЗУ памяти данных и 256 байт статической памяти данных с произвольной выборкой (RAM). MCU поддерживает следующие функции: сторожевой таймер, монитор питания и канал прямого доступа к памяти для АЦП. Для мультипроцессорного обмена и расширения ввода/вывода имеются 32 программируемые линии, I2C, SPI и UART интерфейсы. Для гибкого управления в приложениях с низким потреблением в MCU и аналоговой части предусмотрены 3 режима работы: нормальный, холостой и дежурный. Продукт специфицирован для +3/+5В работы в индустриальном диапазоне температур и поставляется 52-выводном пластмассовом корпусе (PQFP).

Микроконтроллер имеет стандартный набор из 4-х 8-разрядных портов ввода/вывода дискретных сигналов P0, P1, P2 и P3. Они характеризуются многофункциональностью.

Рисунок 5. Структурная схема ADuC812

Рисунок 6. Условно-графическое изображение ADuC812

Внешняя память E2PROM

E2PROM — перепрограммируемое электрически стираемое постоянное запоминающее устройство. Объем памяти E2PROM, установленной в стенде SDK-1.1, составляет 128 байт (возможна установка E2PROM большего объема, до 32 Кб). Микросхема E2PROM взаимодействует с процессором посредством интерфейса I2C.

Основные характеристики:

* Возможность перезаписи до 1 млн. раз.

* Возможность побайтной и постраничной записи (в текущей конфигурации размер страницы составляет 8 байт).

Диапазон рабочих температур -55°C — +125°C

Условия хранения -65°C — +150°C

Напряжение на ножках с учетом заземления -0.1V — +7.0V

Максимальное рабочее напряжение 6.25V

Постоянный ток выхода 5.0 mA

Рисунок 7. Микросхема AT24C01A (объемом 128 кб)

Матричная клавиатура AK1604A-WWB

Клавиатура организована в виде матрицы 4×4. Доступ к колонкам и рядам организован как чтение/запись определенного байта внешней памяти (4 бита соответствуют 4 колонкам, другие 4 бита — рядам).

Рисунок 8. Схема электрическая принципиальная матричной клавиатуры AK1604A-WWB.

При нажатии на кнопку напряжение не сразу устанавливается на уровне 0 В, а «скачет» в течение некоторого времени (1-10 мс), пока цепь надежно не замкнется. После того, как клавиша будет отпущена, напряжение также «скачет», пока не установится на уровне логической «1».

Рисунок 9. Дребезг

Поскольку процессор обладает высоким быстродействием, то он может воспринять эти скачки напряжения за несколько нажатий. Для программного устранения влияния «дребезга» используется задержка. После того, как в результате сканирования обнаружится «0» в регистре ROW, сканирование прекращается и производится задержка на некоторое время. После этого сканируется тот же столбец и, если на том же месте регистра ROW обнаружен «0», то фиксируется нажатие клавиши. После этого через некоторое время, достаточное для отпускания клавиши, еще раз проверяется тот же столбец. Если состояние линии изменилось, то фиксируется отпускание клавиши и продолжается сканирование клавиатуры. Если клавиша все еще нажата, то производится задержка на время перед повтором символа, и если состояние регистра не изменилось, то в буфер клавиатуры повторно заносится символ. После этого, пока клавиша не будет отпущена, в буфер заносится код клавиши через промежутки времени, определяемые скоростью повтора символа.